基于OBE理念的人工智能技术及应用课程教学改革研究

郭庆贺　刘仁君　陈君文　龚青山　王宸

摘 要：针对《人工智能技术及应用》课程在传统教学模式下存在的诸多问题，基于OBE教育理念从课程目标、教学方法、教学内容和课程评价方式等方面提出了一系列教学改革措施。以人工智能技术在智能制造领域中的应用项目案例为载体，以知识目标、能力目标和素质目标为导向，逆向设计教学内容，创新设计多元化评价方法，激发学生的学习兴趣和动力，使学生真正能够掌握人工智能技术的基础知识和核心理论，培养其实践应用能力和创新创业能力，以满足未来智能制造对于高质量人才的需要。

关键词：OBE理念 人工智能 教学改革 教育模式

1 引言

随着工业自动化和信息化的深入推进，智能制造已成为制造业发展的重要趋势。智能制造产业的发展对高素质智能制造人才的需求日益增加，为满足这一需求，多数高校相继开设了智能制造工程专业[1]。人工智能技术是支撑智能制造发展的关键一环，因此，多所高校在智能制造工程专业培养方案中开设了人工智能技术及应用类课程。不同于其他理论课程，人工智能技术及应用课程具有技术更新快、前沿性强、涉及领域广等特点[2-3]，传统的“以教为主”的教学模式由于存在诸多问题，已不适用该课程的讲授，无法满足智能制造工程专业培养目标的需求。

与传统教学理念不同，成果导向教育（Outcome based education，OBE）更为注重学生的主体地位和作用，强调学生的自主学习、合作学习和批判性思维等能力的培养[4-5]。本文拟基于OBE理念对该课程的教学模式进行多方面的改革与研究，以期提高该课程的教学质量，满足智能制造工程专业人才培养目标的需要。

2 课程教学现状分析

目前，人工智能技术及应用课程仍采用传统的“以教为主”的教学模式进行授课。随着课程教学的不断深入，传统教学模式存在的问题逐渐显现出来，主要表现在以下几点：

2.1 注重教学进度、忽视教学效果

教师为了完成教学计划，在有限的学时里快速地讲解知识点，没有给学生留出足够的时间去理解，没有充分考虑学生的个体差异，由此导致部分学生无法跟上教学进度，学习效果不佳。另外，以教为主的教学模式下，教师往往只注重自己的讲解，而忽略了与学生之间的互动，这使得学生无法积极参与到学习过程之中，使学生对课程产生厌倦。

2.2 教学内容过于理论化

虽然人工智能技术及应用是一门多学科交叉的课程，涉及的理论知识较多，但在实际教学过程中如果过度侧重于理论教学，缺乏与实际应用的结合，学生将难以理解课堂所学理论知识是如何应用于工程实际的，进而无法深入理解人工智能技术的本质和应用。过于理论化的课堂教学也会限制学生的创新力和想象力，无法调动学生自主学习、自主探索和自主解决工程问题的能力。长此以往，则导致学生失去对该课程学习的积极性。

2.3 缺乏实践项目和实验平台

人工智能技术及应用的课程目标之一是培养学生能够使用人工智能技术解决智能制造工程中的实际问题，工程实践项目和与之相配套的实验平台是培养学生获得此项能力的关键途径。目前，人工智能技术及应用所选用的教材提供了一部分实践项目，但这些项目与智能制造工程实际相差较远，无法真正反映人工智能技术在智能制造过程中的应用，且均为简易的网络在线项目，缺少相应的物理实验平台。再者，人工智能技术的理论知识本身又较为抽象、复杂，如若仅采用理论课堂讲授而不进行实践，学生难以感受到知识获得的成就感，极易失去学习的兴趣和动力。

2.4 课程评价方式不够完善

目前，《人工智能技术及应用》课程的评价方式仍以传统的期末考试（占比为60%或70%）为主，以课后作业或课程报告为辅。这种评价方式只能检测学生的知识水平，而无法全面反映学生综合素质的发展。成绩占比最大的期末考试是在课程结束以后进行，是一种静态评价方式，无法在学生学习过程中及时反馈学生的学习情况，从而无法及时调整教学策略，以满足学生的个性化需求。传统评价方式不利于激发学生的学习动力，其评价结果不够全面、客观。因此，对于《人工智能技术及应用》课程的评价方法还需进一步完善。

2.5 师资力量不足

人工智能技术是一门新兴的学科，发展迅速，涉及领域广泛，通常需要教师具备跨学科的知识背景，如数学、统计学、计算机科学等，这就需要教师具备较高的专业知识储备和持续学习的能力。然而，由于技术发展速度过快，一些教师难以跟上最新的技术进展，导致师资力量相对缺乏，无法保证教学质量和学生的学习效果。

3 基于OBE理念的教学改革措施

3.1 基于OBE理念制定课程教学目标

OBE教育理念是一种以学习成果为导向的教育理念，在该理念下制定教学目标时要围绕学生最终能够获得的学习成果来展开，面向产出，持续改进，制定的教学目标应满足以下要求[6-7]：

（1）明确性：所制定的教学目标要清晰、明了、具体，能够明确描述学生在完成课程学习后所能达到的能力和掌握的知识；

（2）可评估：制定的教学目标应具有可评估性，能够通过一定的评价方式来检验学生是否达到了预期的学习成果；

（3）可实现：教学目标应根据本专业学生的实际情况和课程特点来制定，以确保学生通过学习能够实现这些目标；

（4）相关性：人工智能是一个广泛的领域，包含了多种技术和学科，要在有限的学时内覆盖人工智能的所有技术领域是不可能的，在制定课程教学目标时要以该课程所服务的专业培养目标为基准，紧扣企业岗位需求和行业需求，以确保学生所学的知识和技能在未来实际工作中得到应用。

根据OBE教育理念，从知识目标、能力目标和素质目標三个方面制定《人工智能技术及应用》课程的教学目标，具体如表1所示。

3.2 基于OBE理念设计教学内容

与以往传统教育模式不同，基于OBE教育理念设计教学内容时要依据所设定的教学目标进行逆向设计[8]，这就要求所设计的教学内容要与教学目标紧密相连，要明确哪些教学内容和教学活动能够帮助学生达到预期的学习成果。在智能制造领域中，基于人工智能的机器视觉技术能够应用于产品检测、物料分拣等生产环节，可大幅度减少人为错误，提高生产效率和产品质量；基于人工智能的语音识别技术能够自动识别机器设备的异常声音，及时发现设备故障或生产问题，减少生产停顿时间，提高生产效率；基于人工智能的大数据挖掘技术能够对生产过程中的大数据进行挖掘和分析，可以发现生产流程中的瓶颈和问题，从而优化生产流程，提高生产效率。基于以上分析，对应表1所示的知识目标，应将机器视觉、语音识别、大数据挖掘等技术原理以及与之相关的算法作为《人工智能技术及应用》的核心理论教学内容。对于能力目标，搭建智能制造实训平台，以实训平台为载体，分模块嵌入机器视觉、语音识别、数据挖掘等实训项目，通过完成实训项目和实际操作，帮助学生深入理解人工智能技术原理以及在智能制造领域中的应用，提高其动手解决工程问题的能力。例如，在汽车零部件缺陷检测实训项目中，学生将更为深入地了解机器视觉和深度学习的基本原理和应用，能够掌握图像处理和特征提取的基本原理，能够较好地培养其解决问题的能力和创新实践能力。对于素质目标，在课程中引入讨论和辩论环节，让学生就人工智能技术在智能制造领域应用中出现的伦理问题等展开深入讨论，引导学生分析、评价和反思不同观点，培养他们的批判性思维和独立思考能力；通过小组分工协作，共同完成项目实践任务，培养其团队协作能力、沟通能力和领导力；在完成项目的过程中鼓励学生尝试采用不同的方法解决问题，激发他们的创新思维和求知欲，培养他们的创新能力和实践能力。

3.3 基于OBE理念创新教学方法

OBE教育理念在教学方法上强调以学生为中心，而不是以教师为中心，这意味着在实际的教学活动中所采用的教学方法要将学生至于主体地位，而不是学生单一地被动接受教师的课堂传授。《人工智能技术及应用》课程属于典型的工科课程，重在培养学生的实践能力，因此本课程的教学方法应以项目案例式教学为主，课堂理论教学为辅，再辅以学科竞赛等手段，以提升学生的动手实践能力。选取智能制造领域中的工程案例作为项目选题，按照“问题分析——方案设计——方案实施——总结展望”的步骤进行[9]。以小组为单位，每组负责一个案例，小组内部做到分工明确，团队协作，使每位学生都能参与到完成项目的实施过程中，按照要求完成项目。教师按照项目步骤对每一阶段的成果进行验收，根据阶段性成果验收情况获得每位学生的学习进度并给予不同程度的指导，尽可能减小因学生差异带来的成果差异，实现学习的公平性。除课程学习之外，教师可组织学生参加相应的学科竞赛，并给予相应的指导，将课堂所学知识应用于竞赛项目中，进一步提高学生的实践能力和对于理论知识的把握及理解。

3.4 基于OBE理念设计评估方法

基于OBE理念设计课程评价方法着重于评价学生的学习成果，即学生完成课程后应该具备的核心知识、技能和能力，评价的目的是确保学生能够达到预定的学习成果，而非仅仅关注教学过程或学生的投入。基于该思路，对《人工智能技术及应用》课程提出多元化的评价方法，如表2所示。

出勤率主要考察学生的课堂参与度以及对本门课程的学习态度；章节检测考察学生对于独立章节理论知识的掌握程度；期末考试考察学生对于理论知识的综合运用情况；项目实践考察学生运用理论知识解决智能制造领域实际问题的能力，其中项目方案设计环节考察学生的独立思考和创新思维能力；项目完成情况考察小组内部团队成员分工及团队协作能力；项目总结报告考察学生能否運用规范的语言、合理的结构和清晰的逻辑进行表达，考察其书面表达能力；小组汇报答辩考察学生语言表达能力以及交流沟通能力；参加学科竞赛能够进一步使学生将课堂上所掌握的技能应用于解决实际问题，进一步提升学生的学习积极性、创新能力以及工程实践能力。

4 结束语

OBE教育理念强调以学生为中心，以学生的学习成果为导向，注重教学过程的优化和教学效果的提升。本文针对智能制造专业必修课《人工智能技术及应用》教学现状中存在的问题，基于OBE教育理念对现有教学模式进行了改革，提出了一系列改革措施。在未来的《人工智能技术及应用》教学实践中，我们应该继续深入研究OBE理念的最佳实践方式，不断完善教学评价体系，确保教学改革真正落地生根，为学生的全面发展提供有力保障。

项目来源：湖北汽车工业学院2022年度教学研究与改革项目“新工科背景下基于OBE理念的《人工智能技术及应用》课程建设与实践”（编号：JY2022043）；教育部协同育人项目（编号：220403177265250、230804701075730）；湖北省社会科学项目“我国制造业智能生产模式下的低碳转型研究”（项目编号：21Q174）；湖北汽车工业学院本科一流课程建设项目“智能制造背景下《机电传动控制》课程建设教学改革研究”（项目编号：XYLK202301）。

参考文献：

[1]张华，岳文辉，刘德顺.基于OBE理念的地方高校智能制造专业建设探索[J].教育教学论坛，2023，（47）：117-120.

[2]王衍学，杨银银，冯剑波.车辆工程专业人工智能课程教学改革与探索[J].高教学刊，2023，9（07）：33-36.

[3]张攀峰，仵丽姿.基于OBE教育理念的高校师范生创新型人才培养路径研究[J].沈阳师范大学学报（教育科学版），2023，2（01）：75-80.

[4]黄晨华，李湘勤.基于OBE教育理念的工业机器人课程教学研究——以应用型本科机械类专业为例[J].教育观察，2022，11（31）：49-52.

[5]王婷，冯金山，李屹坤等. 基于OBE教育理念的项目驱动式开放实验教学实践[J].大学物理实验，2022，35（04）：127-130.

[6]聂晨，吕淑云，石美祺.OBE教育理念下的高校课程建设存在的问题与对策[J].科技风，2022，（23）：17-19.

[7]淑英，饶伟丽，梁铁强等.工程教育背景下基于OBE教育理念的“食品分析”课程教学探索与实践 [J]. 农产品加工，2022，（13）：107-109+112.

[8]张永梅，杜治蓉，马礼.人工智能技术课程实践教学改革[J].计算机时代，2021，（02）：83-85+89.

[9]许莹，熊茂华，尹霞等. 基于OBE的人工智能应用技术课程教学改革探索 [J]. 电脑知识与技术，2021，17（14）：159-161.